staedler automation AG – Des capteurs surveillent une installation de cuisson industrielle
Installation de cuisson de type staedler CK1600 fabriquée par l’entreprise staedler automation AG. Cette installation est destinée à la cuisson de spätzle dans un bain d’eau.
Des spätzle «al dente»
Faire tomber la pâte à nouilles dans l’eau bouillante, cuire, passer à l’eau froide, et voilà! Ce que fait chacun chez soi, le cuiseur de spätzle de l’entreprise staedler le fait aussi, mais à une échelle industrielle. La précision de commande apportée par les capteurs ifm permet d’assurer la qualité élevée et constante du produit.
L’entreprise staedler automation AG, de Henau en Suisse, fabrique depuis plus de 10ans des installations d’automatisation de processus. Elle produit notamment des systèmes de cuisson entièrement automatiques pour l’industrie agroalimentaire. L’installation présentée ici est destinée à être utilisée chez le client pour la cuisson de spätzle, une variété spéciale de pâtes. Lukas Staedler, directeur de staedler automation AG, explique le principe de fonctionnement: «Il faut se l’imaginer comme une casserole continuellement utilisée. Cela signifie que la pâte est introduite au début du cuiseur et traverse l’installation en un temps défini, pour obtenir à la sortie un produit cuit juste à point. Grâce à la durée de cuisson définie, la qualité du produit est constante.»
Une pale transfère l’aliment à cuire dans le bain d’eau bouillante. La quasi-absence de contact mécanique entre la machine et le produit durant le processus de cuisson minimise les endommagements du produit. L’aliment est ensuite rapidement transmis à la zone de refroidissement en passant par-dessus l’arête d’un déversoir. Ce refroidissement brutal à l’eau froide évite que le produit ne continue de cuire.
«En principe, les installations de ce type peuvent cuire tout ce qui flotte,» indique Lukas Staedler. «Sur cette installation concrète, ce sont des produits de pâtes fraîches: raviolis, tortellinis ou encore spätzle. Mais il peut aussi s’agir de charcuterie ou de légumes. Dans l’ensemble, cette installation a une capacité de 2,5tonnes de produit par heure.»
Un strict respect des températures
Tandis qu’à la maison, le bouillonnement de l’eau est suffisant pour déterminer visuellement la température, dans le processus de cuisson industriel la température doit être bien plus précise. C’est essentiel pour une qualité de produit exacte et constante, comme l’exige le client.
La mesure de température à deux endroits de l’installation - les Critical Control Points (CCP) - fournit ainsi les valeurs process les plus importantes. Il s’agit d’une part de la température de l’eau quasiment en ébullition, qui doit dans ce cas être réglée exactement à 95°C, et d’autre part de la température dans le bain de refroidissement où le processus de cuisson doit être stoppé immédiatement. En régulant l’échangeur de chaleur, deux capteurs de température assurent les températures exactes.
Photo 1 : Dans le bain de cuisson et le bain de refroidissement, des capteurs de température de la série TA surveillent les valeurs de température précises à respecter. Photo 2 : Utilisation future chez staedler: le capteur de température TCC est auto-surveillé, ce qui permet de prolonger les intervalles de calibrage. Les imprécisions sont automatiquement détectées et indiquées par signal de commutation et par LED.
Pour ces points critiques pour le produit, staedler mise sur des capteurs de température ifm du type TA2502. Ces capteurs sont dotés d’un élément de mesure extrêmement précis à réaction rapide Pt1000, pour une large plage de température allant de -50 à 200°C. En outre, ces capteurs se distinguent par une répétabilité élevée et une stabilité durable, conditions d’une qualité de produit optimale et constante.
Dans l’avenir, staedler prévoit d’utiliser à ces endroits des capteurs de température auto-surveillés de type TCC d’ifm. La particularité de cet appareil: il est doté de deux éléments de mesure à courbes caractéristiques opposées. Cela permet de détecter immédiatement les imprécisions et de les indiquer par signal de commutation d’alarme et au moyen d’une LED sur l’appareil, bien visible à distance. L’assurance de la qualité du produit s’en trouve extrêmement simplifiée car entre les intervalles de calibrage, la température est toujours sûre tant que le capteur ne détecte pas de dérive et n’émet pas le signal d’avertissement correspondant.
Sur les capteurs courants, une imprécision ou une dérive de température non identifiée peut survenir dès le lendemain du calibrage et n’être découverte que lors du calibrage suivant. Dans les cas les plus défavorables, cela exige de coûteuses actions de rappel et nuit à la réputation du fabricant.
Surveillance du nettoyage NEP au moyen de la valeur de conductivité
Après chaque lot de production, l’installation est nettoyée par un processus de NEP. Pour cela, une pompe séparée rince la tuyauterie avec des produits de nettoyage alcalins et acides. Cette opération est suivie d’un rinçage à l’eau claire avant que la production ne reprenne.
Lors de cette procédure, le capteur de conductivité LDL200 d’ifm joue un rôle déterminant: grâce à la mesure précise de la conductivité, il peut clairement déterminer si un produit de nettoyage se trouve dans la conduite et à quelle concentration. La valeur mesurée indique par exemple au système de commande si du produit de nettoyage doit être ajouté, ou si le pré-rinçage, le rinçage intermédiaire ou le rinçage final est terminé. Une fois le nettoyage effectué, il est procédé à un rinçage à l’eau claire. La valeur exacte de conductivité de l’eau de rinçage doit ensuite être atteinte pour autoriser l’installation à reprendre la production. Cela assure une séparation nette des phases dans le processus NEP.
Simultanément à la conductivité, le LDL200 mesure aussi la température du fluide et la transmet au système de commande via le protocole de communication IO-Link. Cela permet aussi de commander l’échangeur de chaleur pour qu’il puisse toujours mettre à disposition suffisamment d’énergie pour tempérer l’eau de cuisson.
Les niveaux en un coup d’œil
L’installation est équipée de deux grands récipients d’eau: la cuve d’eau chaude de cuisson et le bain de refroidissement à la fin du processus. Des capteurs de pression sont installés au fond de chaque cuve et mesurent la pression hydrostatique. Les capteurs ifm utilisés disposent d’une plage de température idéale à cette fin, de 100mbar à 2,5bar. Le niveau peut ainsi être détecté et régulé avec précision. Il est ainsi possible de prévenir tout débordement de la cuve lors de la réalisation de l’appoint d’eau.
Enregistrement de l’alimentation en eau
Lors du processus de cuisson, de l’eau est perdue. D’une part parce que le produit lui-même, dans notre cas des spätzle, absorbe de l’eau, d’autre part parce que de l’eau s’échappe sous forme de vapeur lors de la cuisson. Pour cette raison, de l’eau doit constamment être fournie.
Lukas Staedler: «Nous utilisons le débitmètre électromagnétique SM2100 d’ifm dans la conduite d’appoint d’eau fraîche. Il mesure continuellement le débit pendant la procédure de cuisson. Cette mesure est effectuée en coopération avec les capteurs de niveau. Lorsqu’ils indiquent une baisse de niveau, de l’eau fraîche est fournie et le débitmètre détermine combien d’eau fraîche s’est perdue dans l’aliment et sous forme de vapeur.
Une autre partie de l’eau se perd lors de la purge des boues. L’eau usée est évacuée et de l’eau fraîche est fournie. Cela se fait selon un facteur-temps prévu dans la recette. Ici aussi le SM mesure la quantité d’eau à compléter.»
Le débitmètre joue aussi un rôle important pendant le processus de nettoyage, car il surveille la quantité d’eau fraîche utilisée pour le rinçage final. Il assure ainsi de manière déterminante la transparence dans l’ensemble du processus de cuisson.
Contrôle de position avec détecteurs inductifs
Des détecteurs inductifs sont également intégrés à l’installation pour la détection de position. Même s’ils ne participent pas directement au processus de cuisson, ils jouent un rôle important de surveillance. La bande de refroidissement faisant entrer et sortir le produit du bain de refroidissement peut être retirée de la cuve au moyen d’un treuil pour son nettoyage manuel. Deux détecteurs inductifs détectent sans contact les fins de course supérieure et inférieure. Ils assurent aussi que l’installation ne puisse redémarrer que si la bande est en position basse correcte.
Un troisième détecteur inductif est installé sur le tamis à fentes. Ce dernier peut aussi être retiré pour son nettoyage manuel. Le détecteur vérifie s’il est correctement en place avant que la production ne reprenne.
Photo 1 : La bande de refroidissement peut être relevée par un treuil pour son nettoyage. Des détecteurs inductifs surveillent les fins de course supérieure et inférieure. Photo 2 : Une fois que le tamis à fentes est correctement remis en place après son nettoyage manuel, le détecteur inductif autorise le redémarrage de la production.
Communication des capteurs via IO-Link
Tous les capteurs sont reliés au système de commande via IO-Link. Ce protocole de communication numérique transmet les valeurs mesurées sous forme numérique au système de commande. Les erreurs de mesure par pertes de conversion sont ainsi prévenues avec fiabilité. Mais IO-Link peut en faire plus.
Lukas Staedler: «Chaque capteur qui est un capteur CCP doit être vérifié annuellement ou semestriellement. Les capteurs de température sont alors trempés pour comparaison dans un liquide de référence ayant une température définie. Nous réalisons le calibrage des capteurs de température via IO-Link.»
Pour le capteur de conductivité LDL, nous utilisons la transmission par un seul fil des deux valeurs process, la température et la conductivité. Le débitmètre SM transmet par IO-Link la valeur de comptage et le débit actuel via une sortie au système de commande.»
En réponse à la question de savoir si IO-Link simplifie l’automatisation, Lukas Staedler a un avis bien tranché: «En principe l’automatisation est plus onéreuse, mais IO-Link apporte aussi une valeur ajoutée évidente. D’une part, il est possible de transmettre par un seul fil plusieurs valeurs mesurées. Cela économise des coûts d’installation. Ou bien, concernant les capteurs de température: nous réalisons le calibrage directement sur le capteur, et non comme auparavant via des valeurs de correction dans le système de commande. Cela simplifie la programmation des commandes. Dans l’ensemble, les avantages d’IO-Link dominent nettement.»
Le capteur de conductivité LDL200 détecte avec fiabilité si de l’eau claire ou du liquide de nettoyage du processus de NEP se trouve dans la tuyauterie. Simultanément, il mesure aussi la température et transmet via IO-Link les deux valeurs mesurées au système de commande de l’installation.
Les capteurs de pression de la série PM déterminent en fonction de la pression hydrostatique le niveau du bain de cuisson et du bain de refroidissement.
Le débit actuel et la quantité totale d’eau fournie sont détectés par le débitmètre électromagnétique SM2100 et transmis au système de commande via IO-Link.
Conclusion
Chez staedler, les solutions d’automatisation d’ifm ont su convaincre. Lukas Staedler résume: «Nous sommes très satisfaits d’ifm. Lors de projets précédents, nous avions déjà utilisé ifm à plusieurs reprises. Les raisons en sont qu’ifm propose un concept cohérent de capteurs, allant du capteur inductif à la mesure de conductivité, en passant par les débitmètres électromagnétiques, la mesure de température et les capteurs de pression. En bref: avec les capteurs d’ifm, nous pouvons couvrir tous nos besoins sur cette installation. Une autre raison est que le rapport prix/performance est favorable. Les capteurs conviennent aux installations de ce type et simultanément leur prix est abordable. C’est pourquoi nous miserons sur ifm pour nos futurs projets également.»
